Brennstoffzellen-Entwicklung bei Webasto

Webasto hat sich - in Abgrenzung zur Brennstoffzellen-Technologie für Antriebssysteme - bewusst der Auxiliary Power Unit (APU) zugewandt: Zielrichtung der Entwicklung war, ein Aggregat bereit zu stellen, dass die Bordstromversorgung von Fahrzeugen unabhängig vom Antriebsmotor ergänzt und dabei auf den Kraftstoff (Benzin oder Diesel) zurückgreift, der auch für den Motor genutzt wird. Mit Hilfe der APU lassen sich künftig Probleme mit der Bordnetzversorgung, die durch die wachsende Zahl elektrischer Verbraucher im Fahrzeug hervorgerufen werden, vermeiden. Zudem können neue Komfortfunktionen, wie zum Beispiel die Standklimaanlage, verwirklicht werden. Wichtig dabei ist, dass hierfür der Fahrzeugmotor nicht laufen muss.

Das APU-System, das Webasto zum Teil mit erfahrenen Technologie-Partnern entwickelte, besteht im Kern aus einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle (Solid-Oxid-Fuel-Cell – SOFC), die zwischen 750 und 850° C arbeitet. Das System wird komplettiert durch einen katalytischen Kraftstoffreformer sowie einen emissionsarmen Breitbandbrenner inklusive Wärmetauscher, die der rückstandsfreien Verbrennung nicht genutzter Brennstoffzellenabgase und dem thermischen Management dienen. Vor allem im Bereich der Systemkomponenten (Pumpen, Gebläse, Kraftstoffverdampfer) kann Webasto weitgehend auf Teile zurückgreifen, die sich bereits im Serieneinsatz bei Standheizungen bewährt haben. Die Vorteile liegen auf der Hand: Das System wird dadurch deutlich vereinfacht und gewinnt von vorn herein erheblich an Zuverlässigkeit. Außerdem werden bereits im frühen Entwicklungsstadium konsequent Kostenaspekte berücksichtig, um den kommerziellen Erfolg der Technologie sicher zu stellen.

Der auf eine Leistung von 1 kW ausgelegte APU-Prototyp von Webasto wird mit schwefelarmen Dieselkraftstoff betrieben, zusätzliche Betriebsstoffe wie zum Beispiel Wasser sind nicht erforderlich. Für den Start wird lediglich eine Pkw-Batterie benötigt, wobei auf elektrische Heizelemente vollständig verzichtet werden kann. Im patentierten Reformer, der nach dem Prinzip der katalytischen partiellen Oxidation (CPOX) arbeitet, wird der flüssige Dieselkraftstoff in Synthesegas umgewandelt, wobei das für die Brennstoffzelle notwendige wasserstoffhaltige Gas entsteht. Die Betriebstemperatur der APU liegt bei 850° C erreicht – ab 700° C liefert die Brennstoffzelle aber bereits elektrischen Strom und entlastet damit die Starterbatterie. Die Ergebnisse, die bereits im Konzeptstadium erzielt werden, sind hervorragend – das System erreicht knapp 20% elektrischen Wirkungsgrad. Gleichzeitig weist der Prototyp sowohl in der Startphase als auch im Dauerbetrieb extrem niedrige Emissionswerte auf.

Für künftige Serienanwendungen wird sich ein Leistungsbereich von 500 W bis zu 5 kW realisieren lassen. Je nach dem, welche Integrationstiefe im Einzelfall realisiert wird, kann das so genannte "reduzierende Gas" der APU zusätzlich zur Verbesserung des Verbrennungsprozesses im Fahrzeugmotor eingesetzt werden und zur Optimierung des Abgasverhaltens beitragen. Die ersten Einsätze der Webasto APU sind ab 2008 geplant und werden im Truckbereich und bei Freizeitfahrzeugen (Caravan und Boot) stattfinden. Bis dahin stehen noch einige Optimierungsaufgaben, wie schnellere Startzeiten, verbesserte Leistungsdichte und Kostenreduktion im Lastenheft des 25-köpfigen Webasto Entwicklungsteams in Neubrandenburg.

Die H.C. Starck GmbH und die Webasto AG haben unter dem Namen Staxera GmbH ein Joint Venture gegründet, das die Zusammenarbeit beider Unternehmen, die 2003 begonnen wurde, auf diese Weise noch einmal deutlich intensivieren wird. Ziel der Kooperation ist es, SOFC Brennstoffzellenmodule (Stacks) bis zur Serienreife zu entwickeln, die sowohl für den automobilen Bereich als auch für stationäre Anwendungen eingesetzt werden können. Das neue Unternehmen Staxera wird als unabhängiger Lieferant von Stacks auftreten, der seine Prototypen sowohl Webasto als auch anderen Systementwicklern zur Verfügung stellt. Bei der Integration der Komponenten zu Stacks arbeiten die Partner seit 2003 eng mit dem Fraunhofer Institut für keramische Technologien und Sinterwerkstoffe (IKTS) in Dresden zusammen. Diese Kooperation mit dem IKTS soll vom Gemeinschaftsunternehmen Staxera GmbH fortgesetzt werden.